초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
○ 최종 목표
해부학적 구조 표현이 가능한 폐 자기공명영상기법 개발 및 폐 질환 진단기법으로서의 임상적 유효성 평가

○ 전체 내용
▷ 폐 질환의 해부학적 진단을 위해서 일반적으로 사용되지만 방사선 피폭선량의 제한이 있어 꾸준한 모니터링이 어려운 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography, CT)을 대체 할 수 있는 해부학적 평가가 가능한 폐 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaing, MRI)기법 개발.

▷ 개발된 폐 자기공명영상기법을 CT로

□ 연구 목표 및 내용
○ 최종 목표
해부학적 구조 표현이 가능한 폐 자기공명영상기법 개발 및 폐 질환 진단기법으로서의 임상적 유효성 평가

○ 전체 내용
▷ 폐 질환의 해부학적 진단을 위해서 일반적으로 사용되지만 방사선 피폭선량의 제한이 있어 꾸준한 모니터링이 어려운 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography, CT)을 대체 할 수 있는 해부학적 평가가 가능한 폐 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaing, MRI)기법 개발.

▷ 개발된 폐 자기공명영상기법을 CT로 진단이 가능한 폐 질환 환자에게 적용하여 조기진단 및 치료 후 모니터링을 할 수 있도록 진단기법 최적화 및 유효성 검증.

○ 1단계
● 연구 목표
MRI 펄스 시퀀스의 최적화 및 호흡 인공물 없는 영상 획득 방법 개발

● 연구 내용
◎ 1년차년도 (2021)
가. VSS-UTE 시퀀스 최적화 및 파라미터 최적화
▷ 기존의 지방억제 기술을 사용하였을 경우 발생하였던 격자무늬 artifact를 새로운 데이터 획득 궤적을 개발하여 적용함으로써 해결하고 호흡신호 획득을 안정화하여 좀 더 정확한 폐 구조 영상이 가능하도록 최적화함.

◎ 2년차년도 (2022)
가. 물체의 크기에 최적화된 영상기술인 VSS-UTE 개발:
▷ 기존의 VS-UTE 기법의 한계점이었던 물체 크기를 고려하지 않은 것을 새로운 수식을 통해 새롭게 정의하여 물체 크기에 따라 촬영시간을 최적화함으로써 적은 데이터 개수임에도 영상의 품질을 유지가 가능한 영상기법을 개발함.
나. 인코딩 경사자장 지연시간으로 발생한 k-공간 궤적 오차 보정 기법 최적화:
▷ 전년도에 개발되었던 인코딩 경사자장 지연시간으로 인해 발생한 k-공간 궤적 오차 보정기법을 좀 더 구체화 하고 건강한 피험자를 통해 임상적 유효성을 검증함.

◎ 3년차년도 (2023)
가. 호흡 인공물 없는 새로운 영상 획득 방법 개발 및 VSS-UTE의 최적화:
▷ 기존의 SI-투영 프로파일을 통해 호흡 정보를 획득하는 과정에서 불안정했던 부분을 해결하기 위해 새로운 2D 호흡 게이팅 방법을 개발하여 정확도를 높일 수 있는 가능성을 엶.

○ 2단계
● 연구 목표
딥러닝을 이용한 호흡게이팅 방법 개발 및 3차원 방사형 압축센싱기법 개발 그리고 폐 질환 진단기법으로서의 임상적 유효성 평가

● 연구 내용
◎ 4차년도 연구내용 (2024)
가. 딥러닝을 이용한 후향 호흡게이팅 방법 개발:
▷ 1단계에서 개발된 2D 호흡 게이팅 방법을 최적화 하고 이를 딥러닝 학습에 적용하여 환자들이 숨을 참지 않고 자유호흡(Free breathing) 상태에서도 호흡으로 인한 인공물이 최소화 된 영상 획득이 가능하도록 함.
나. 빠른 영상 재구성이 가능한 3차원 방사형 압축센싱 기법 개발:
▷ 3차원 방사형 압축센싱 방법을 개발하여 후향 호흡 게이팅(Retrospective respiratory gating)후 언더샘플링된 데이터를 복원하여 영상의 질이 유지되도록 함.

(2) 5차년도 연구내용 (2025)
가. 1단계와 4차년도에 개발된 MRI 기법을 사용하여 임상적용을 위한 최적화:
▷ 건강한 일반인과 실제 환자의 영상의 질적 차이는 매우 많이 나기 때문에 영상이 안정적으로 획득 되도록 앞서 개발된 방법을 통하여 최적의 촬영 파라미터를 찾고 보완 할 예정임.
▷ 피험자에 따라 폐의 크기, 호흡 주기 등이 다르기 때문에 어떠한 조건에도 안정적으로 영상 획득이 될 수 있도록 많은 피험자를 대상으로 실험이 필요함.
나. 최적화된 폐 MRI 기법 기반 폐 질환 진단기법의 임상적 유효성 평가:
▷ 앞서 최적화된 폐 MRI 기법을 기반으로 CT로 진단이 가능한 폐 질환 환자에게 적용하여 유효성이 있는지 검증 할 예정임.
▷ 서울삼성병원 영상의학과 연구진과 협력하여 폐 질환 환자군을 최대한 확보하고 CT 영상 결과와 비교·보완하여 CT를 대체 할 수 있을만한 MRI 진단기법으로 정립될 수 있는 기반 마련.

□ 연구성과
1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과)
◎ 1년차년도 (2021)
가. 지방억제 방법 사용시 줄무늬 아티팩트 감소 및 호흡 신호를 안정화 할 수 있는 새로운 데이터 획득 궤적 기술 개발
나. 인코딩 경사자장 지연시간으로 발생한 k-공간 궤적 오차 보정기법 개발:

◎ 2년차년도 (2022)
가. 물체의 크기에 최적화된 영상기술인 VSS-UTE 개발
나. 인코딩 경사자장 지연시간으로 발생한 k-공간 궤적 오차 보정기법 최적화:

◎ 3년차년도 (2023)
가. 2D 호흡 게이팅 방법 개발

2) 정량적 연구개발성과:
▷ 1단계 연구 목표였던 MRI “시퀀스의 최적화 및 호흡 인공물 없는 영상 획득 방법 개발”에 대해서 개발을 맞췄고 이를 종합한 논문이 현재 IEEE TMI에 리비전중에 있음.
▷ 또한, 개발된 시퀀스를 통해 현재 서울 삼성 병원과 서울 아산 병원등에 설치 되어 2단계 목표였던 임상적 유효성을 함께 테스트를 진행하였고 이에 대한 논문이 통과되어 출판을 기다리는 중임.
▷ 마지막으로 개발된 방법은 기능적 폐영상에도 활용이 가능하여 폐환기 및 폐관류 맵을 개발하는데 사용되었고 이에 대한 가능성을 확인하여 논문으로 2023년 게재됨.

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과
가. 개발된 성과의 활용 계획
▷ 폐 환기 맵 및 폐 환기 효율 맵을 만들어 더 다양한 환자에게 적용하여 표현형을 찾아 진단에 도움 되도록 할 예정임.
▷ 또한 폐 환기 맵을 만든 방법에서 발전하여 폐 관류 맵을 만들어서, 환자진단에 추가적인 정보를 제공하여 진단의 정확성을 높일 수 있을 것으로 기대됨.
▷ 2단계에서 할 예정이었던 딥러닝 기술을 통한 호흡 게이팅과 적은 데이터를 복원하는 기술을 개발한다면 숨을 불규칙으로 쉬게되는 환자에게 적용하여 안정적으로 진단에 활용 될 수 있을 것으로 기대됨.

나. 개발된 성과의 기대효과
지속적인 모니터링이 필요한 폐 질환의 특성상 방사선량에 의한 제한을 가지는 CT 기반 진단 기법에 비해 방사선량으로부터 자유로운 자기공명영상 기반 영상은 임상에서의 실효성 측면에서 중요한 의미가 있음.

1) 학문적 측면
▷ 최근 폐 MRI 분야는 연구가 매우 활발히 진행되고 있음. 그럼에도 불구하고 기술적으로 많은 개발이 필요하기 때문에 아직도 많은 연구가 필요함. 이 연구를 통해 CT를 대신해서 사용 할 수 있는 폐 자기공명영상 기법을 개발 한다면 관련 연구 분야에서 선도적인 역할과 중요한 영향을 끼칠 수 있을 것으로 기대함.
▷ 해부학적 정보 뿐만 아니라 MRI의 장점인 다양한 대조도를 표현 할 수 있다는 점에서 기능적 정보 또한 제공할 수 있는 영상진단 기법의 개발이 가능할 것으로 생각됨.

2) 경제적·사회적 측면
▷ 폐 관련 질환은 10대 사망원인 안에 폐암, 폐렴, COPD 등이 포함 되어 있어 사회적인 경제적 부담이 매우 큼. 미세먼지와 흡연율의 변동, 고령화 그리고 코로나19질병의 유행을 감안 할 때 사회적 부담은 더 커질 것으로 예상되고 있기 때문에 정확한 폐 질환 진단기법의 개발은 사회전체의 보건·경제적 측면에서도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대함.
▷ 방사선 노출의 위험이 전혀 없는 자기공명영상을 활용함으로서 장기간 추적이 필요한 고령, 소아 환자들의 폐 질환 평가에 활용 가능하고 조기진단을 위한 건강검진 또는 치료 예후를 예측함으로서 해당 질병의 진단 및 약제 개발에 소비될 사회적 비용을 상당량 감소시킬 것으로 예상됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 6
• 1) 연구의 목적 ... 6
• 2) 연구의 필요성 ... 6
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 10
• 1) 연구수행 결과 ... 10
• 2) 목표 달성 수준 ... 11
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 12
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 13
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 13
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 13
• 2) 연구 추진전략 ... 14
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 14
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 15
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 15
• 끝페이지 ... 19